The effect of a course of crosetin consumption on LC3 gene expression in heart tissue of elderly diabetic rats following intermittent aerobic exercise
Subject Areas : Open Access
Abolhasan Sharifi Rigi
1
,
khosro jalali dehkordi
2
*
,
Mohsen Akbarpour Beni
3
,
Farzaneh Taghian
4
1 - Department of Physical Education and Sport Sciences, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
2 - Associate Professor, Department of Physical Education and Sport Sciences, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3 - Associate Professor, Department of Physical Education and Sport Sciences, University of Qom, Qom, Iran
4 - Professor, Department of Physical Education and Sport Sciences, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
Keywords: Aerobic exercise, crosetin, LC3, heart, elderly, diabetes,
Abstract :
Introduction: Performing sports activities is one of the most important basic strategies to control and treat blood glucose and hyperlipidemia, and it reduces the incidence of diabetes and cardiovascular complications. The purpose of this study is to investigate aerobic exercise and the effective substance crostin on tissue LC3 gene expression. The heart was an experimental model of diabetic rats.
Materials and Methods: In this experimental trial, 25 elderly female c57bl6 male mice with diabetes (40 mg/kg peritoneal injection) aged 14-16 weeks and weighing 30-35 grams were divided into 5 groups: healthy control, aerobic exercise + crosetin, diabetic, diabetic + aerobic exercise. Diabetic + crosetin, diabetic + aerobic exercise + crosetin were divided. Intermittent aerobic exercise was performed for eight weeks, five sessions per week. Rats received crosetin 30 mg/kg/day by intraperitoneal injection. LC3 expression was measured by Real Time PCR method. To analyze the data, one-way analysis of variance and Tukey's post hoc test were used (P≥0.05).
Findings: LC3 gene expression was significantly increased in the diabetic group compared to the healthy group (P=0.001). LC3 gene expression in the group of diabetes+aerobic exercise+crosetin supplement, diabetes group+aerobic exercise and diabetes and crosetin supplement was significantly decreased relative to the diabetes group (P=0.001).
Conclusion: It seems that intermittent aerobic exercise and crosetin both alone and simultaneously decreased LC3 in diabetic heart tissue. Therefore, it is recommended to use intermittent aerobics and crosetin along with therapeutic modalities in type 2 diabetes in old age.
1. Khemka S, Reddy A, Garcia RI, Jacobs M, Reddy RP, Roghani AK, et al. Role of diet and exercise in aging, Alzheimer’s disease, and other chronic diseases. Ageing Research Reviews. 2023:102091.
2. Kirby NV, Meade RD, Poirier MP, Notley SR, Sigal RJ, Boulay P, et al. Exercise intensity-and body region-specific differences in sweating in middle-aged-to-older men with and without type 2 diabetes. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 2024.
3. Saberi S, Askaripour M, Khaksari M, Rajizadeh MA, Bejeshk MA, Akhbari M, et al. Exercise training improves diabetic renal injury by reducing fetuin-A, oxidative stress and inflammation in type 2 diabetic rats. Heliyon. 2024;10(6).
4. Wang L, Wang J, Cretoiu D, Li G, Xiao J. Exercise-mediated regulation of autophagy in the cardiovascular system. Journal of Sport and Health Science. 2020;9(3):203-10.
5. Xiao C, Chen M-Y, Han Y-P, Liu L-J, Yan J-L, Qian L-B. The protection of luteolin against diabetic cardiomyopathy in rats is related to reversing JNK-suppressed autophagy. Food & Function. 2023;14(6):2740-9.
6. Gao H, Yang Q, Dong R, Hou F, Wu Y. Sequential changes in autophagy in diabetic cardiac fibrosis. Molecular medicine reports. 2016;13(1):327-32.
7. Li R-Y, Guo L. Exercise in diabetic nephropathy: protective effects and molecular mechanism. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(7):3605.
8. Su X, Yuan C, Wang L, Chen R, Li X, Zhang Y, et al. The beneficial effects of saffron extract on potential oxidative stress in cardiovascular diseases. Oxidative medicine and cellular longevity. 2021;2021(1):6699821.
9. Liu J, Yang Y, Qi Y. Effect of saffron supplementation on the glycemic outcomes in diabetes: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in Nutrition. 2024;11:1349006.
10. Haghparast Azad M, Niktab I, Dastjerdi S, Abedpoor N, Rahimi G, Safaeinejad Z, et al. The combination of endurance exercise and SGTC (Salvia–Ginseng–Trigonella–Cinnamon) ameliorate mitochondrial markers’ overexpression with sufficient ATP production in the skeletal muscle of mice fed AGEs-rich high-fat diet. Nutrition & metabolism. 2022;19(1):17.
11. Zhang J, Wang Y, Dong X, Liu J. Crocetin attenuates inflammation and amyloid-β accumulation in APPsw transgenic mice. Immunity & Ageing. 2018;15:1-8.
12. Forte M, Frati G, Sciarretta S. Regulation of calcium handling by autophagy: a novel mechanism limiting cardiac hypertrophy and dysfunction? : Oxford University Press; 2022. p. 1377-9.
13. Zhang L, Ding W-y, Wang Z-h, Tang M-x, Wang F, Li Y, et al. Early administration of trimetazidine attenuates diabetic cardiomyopathy in rats by alleviating fibrosis, reducing apoptosis and enhancing autophagy. Journal of translational medicine. 2016;14:1-12.
14. Miyamoto S. Autophagy and cardiac aging. Cell Death & Differentiation. 2019;26(4):653-64.
15. Shi S, Jiang P. Therapeutic potentials of modulating autophagy in pathological cardiac hypertrophy. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2022;156:113967.
16. Bonilla IM, Baine S, Pokrass A, Mariángelo JIE, Kalyanasundaram A, Bogdanov V, et al. STIM1 ablation impairs exercise-induced physiological cardiac hypertrophy and dysregulates autophagy in mouse hearts. Journal of Applied Physiology. 2023;134(5):1287-99.
17. Kanamori H, Yoshida A, Naruse G, Endo S, Minatoguchi S, Watanabe T, et al. Impact of autophagy on prognosis of patients with dilated cardiomyopathy. Journal of the American College of Cardiology. 2022;79(8):789-801.
18. Wan M, Yin K, Yuan J, Ma S, Xu Q, Li D, et al. YQFM alleviated cardiac hypertrophy by apoptosis inhibition and autophagy regulation via PI3K/AKT/mTOR pathway. Journal of Ethnopharmacology. 2022;285:114835.
19. Møller AB, Kampmann U, Hedegaard J, Thorsen K, Nordentoft I, Vendelbo MH, et al. Altered gene expression and repressed markers of autophagy in skeletal muscle of insulin resistant patients with type 2 diabetes. Scientific reports. 2017;7(1):43775.
20. Fritzen AM, Madsen AB, Kleinert M, Treebak JT, Lundsgaard AM, Jensen TE, et al. Regulation of autophagy in human skeletal muscle: effects of exercise, exercise training and insulin stimulation. The Journal of physiology. 2016;594(3):745-61.
21. Arasaki K, Nagashima H, Kurosawa Y, Kimura H, Nishida N, Dohmae N, et al. MAP1B‐LC1 prevents autophagosome formation by linking syntaxin 17 to microtubules. EMBO reports. 2018;19(8):e45584.
22. Roberts FL, Markby GR. New insights into molecular mechanisms mediating adaptation to exercise; A review focusing on mitochondrial biogenesis, mitochondrial function, mitophagy and autophagy. Cells. 2021;10(10):2639.
23. Ko J, Jang YC, Quindry J, Guttmann R, Cosio-Lima L, Powers SK, et al. Exercise-Induced Antisenescence and Autophagy Restoration Mitigate Metabolic Disorder–Induced Cardiac Disruption in Mice. Med Sci Sports Exerc. 2023;55:376-88.
24. McCormick JJ, McManus MK, King KE, Goulet N, Kenny GP. The intensity-dependent effects of exercise and superimposing environmental heat stress on autophagy in peripheral blood mononuclear cells from older men. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 2024;326(1):R29-R42.
25. Jafari A, ZARGHAMI KA, Nikookheslat S, KARIMI P. The Effect Of High-Intensity Interval Training (Hiit) With And Without Caffeine Injection On Expression Of Myocardial Autophagy-Related Proteins In Diabetic Rats. 2020.
26. Gharib M, Samani K, ZarrinÅbadi Z, Mokhtari M, Heydarian E. Effect of resveratrol supplementation on antioxidant parameters, lipids profile and several biochemical indices in type 2 diabetic patients: a double-blind randomized-controlled clinical trial. 2018.
27. Cerdá-Bernad D, Valero-Cases E, Pastor J-J, Frutos MJ. Saffron bioactives crocin, crocetin and safranal: Effect on oxidative stress and mechanisms of action. Critical reviews in food science and nutrition. 2022;62(12):3232-49.
|
ISSN (Print): 2008-6369- ISSN (Online): 2423-723X
Research Paper
The effect of a course of crosetin consumption on LC3 gene expression in heart tissue of elderly diabetic rats following intermittent aerobic exercise
Abolhasan Sharifi Rigi1, Khosro Jalali Dehkordi2 ,Mohsen Akbarpour Beni3, Farzaneh Taghian4
1. PhD Student, Department of Physical Education and Sport Sciences, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad
University, Isfahan, Iran
2. Associate Professor, Department of Physical Education and Sport Sciences, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3. Associate Professor, Department of Physical Education and Sport Sciences, University of Qom, Qom, Iran
Professor, Department of Physical Education and Sport Sciences, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
Corresponding author: Khosro Jalali Dehkordi Address: Associate Professor, Department of Physical Education and Sport Sciences, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran Tell: 989131854997 Email: khosrojalali@gmail.com
|
Abstract Introduction: Performing sports activities is one of the most important basic strategies to control and treat blood glucose and hyperlipidemia, and it reduces the incidence of diabetes and cardiovascular complications. The purpose of this study is to investigate aerobic exercise and the effective substance crostin on tissue LC3 gene expression. The heart was an experimental model of diabetic rats. Materials and Methods: In this experimental trial, 25 elderly female c57bl6 male mice with diabetes (40 mg/kg peritoneal injection) aged 14-16 weeks and weighing 30-35 grams were divided into 5 groups: healthy control, aerobic exercise + crosetin, diabetic, diabetic + aerobic exercise. Diabetic + crosetin, diabetic + aerobic exercise + crosetin were divided. Intermittent aerobic exercise was performed for eight weeks, five sessions per week. Rats received crosetin 30 mg/kg/day by intraperitoneal injection. LC3 expression was measured by Real Time PCR method. To analyze the data, one-way analysis of variance and Tukey's post hoc test were used (P≥0.05). Findings: LC3 gene expression was significantly increased in the diabetic group compared to the healthy group (P=0.001). LC3 gene expression in the group of diabetes+aerobic exercise+crosetin supplement, diabetes group+aerobic exercise and diabetes and crosetin supplement was significantly decreased relative to the diabetes group (P=0.001). Conclusion: It seems that intermittent aerobic exercise and crosetin both alone and simultaneously decreased LC3 in diabetic heart tissue. Therefore, it is recommended to use intermittent aerobics and crosetin along with therapeutic modalities in type 2 diabetes in old age.
|
Citation: Sharifi Rigi Abolhasan, Jalali Dehkordi Khosro, Akbarpour Beni Mohsen, Taghian Farzaneh. The effect of a course of crosetin consumption on LC3 gene expression in heart tissue of elderly diabetic rats following intermittent aerobic exercise . Res Sport Sci Med Plants. 2023; 4 (2):13-20
|
PP:13-20
Use your device to scan and read the article online
Keywords: Aerobic exercise, crosetin, LC3, heart, elderly, diabetes
|
|
|
مقاله پژوهشی
تاثیر یک دوره مصرف کروستین بر بیان ژنی LC3 بافت قلب موشهای سالمند دیابتی به دنبال تمرین هوازی تناوبی
ابوالحسن شریفی ریگی1 ، خسرو جلالی دهکردی2*، محسن اکبرپور3، فرزانه تقیان4
1.دانشجوی دکتری فیزیولوژی ورزش، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اصفهان(خوراسگان)، اصفهان، ایران
2. دانشیار، گروه فیزیولوژی ورزش، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اصفهان(خوراسگان)، اصفهان، ایران
3. دانشیار،گروه فیزیولوژی ورزش، دانشگاه قم، قم، ایران
4. استاد،گروه فیزیولوژی ورزش، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اصفهان(خوراسگان)، اصفهان، ایران
چکیده مقدمه: انجام فعالیتهای ورزشی یکی از مهمترین راهکارهای اساسی جهت کنترل و درمان گلوکز خون و هیپرلپیدمی بوده و باعث کاهش بروز دیابت و عوارض قلبی و عروقی میگردد.هدف مطالعه حاضر بررسی تمرین هوازی و ماده موثر کروستین بر بیان ژنی LC3 بافت قلب مدل تجربی موش های دیابتی سالمند بود . مواد وروش ها: در این کارآزمایی تجربی، 25سر موش نر c57bl6 ماده سالمند مبتلا به دیابت (تزریق صفاقی mg/kg 40) با سن 14-16 هفته و وزن 30-35 گرم به 5گروه کنترل سالم ، تمرین هوازی+کروستین ،دیابتی ،دیابتی+تمرین هوازی،دیابتی+کروستین، دیابتی+تمرین هوازی+کروستین تقسیم شدند. تمرین هوازی تناوبی به مدت هشت هفته، پنج جلسه در هفته اجرا شد .موش ها mg/kg/day 30 کروستین به صورت تزریق صفاقی دریافت کردند. میزان بیان LC3به روش Real Time PCR اندازه گیری شد . جهت تجزیه و تحلیل دادهها از آزمون تحلیل واریانس یکطرفه و آزمون تعقیبی توکی استفاده شد (05/0≥P). یافتهها: بیان ژنی LC3در گروه دیابت نسبت به گروه سالم افزایش معنی دار داشت(001/0=P). بیان ژنی LC3در گروه دیابت+تمرین هوازی +مکمل کروستین ، گروه دیابت+تمرین هوازی و دیابت و مکمل کروستین به طور معنی نسب به گروه دیابت کاهش داشت (001/0=P). نتیجهگیری: به نظر میرسد تمرین هوازی تناوبی و کروستین هم به تنهایی و هم به طور همزمان باعث کاهش LC3 در بافت قلب مبتلا به دیابت شد. لذا استفاده از هوازی تناوبی و کروستین در کنار مدالیته های درمانی در دیابت نوع دوم در سالمندی توصیه میشود.
|
|
از دستگاه خود برای اسکن و خواندن مقاله به صورت آنلاین استفاده کنید
واژههای کلیدی: تمرین هوازی ، کروستین، LC3، قلب، سالمند، ،دیابت |
مقدمه
امروزه مسئله ارتقاي سلامت افراد مسن و فعال ماندن آنها در سنين بالا مسئله اي جدي تلقي ميشود و ديگر به عنوان مفهومي تجملي مطرح نيست. تغييراتي كه در سالمندي رخ ميدهد، تا حدودي نتيجه افت تدريجي كاركرد دستگاههاي مختلف بدن است و منجر به از دست دادن سلامت جسمي، ذهني و اجتماعي ميگردد.(1). در سنين پيري علاوه بر مشكلات ناشي از افزايش سن، برخي از افراد سالمند دچار بيماريهايي نيز ميشوند كه يكي از آنها ديابت نوع 2 يا ديابت بزرگسال که عمدتا بین 50 تا 60 سال می باشد. ديابت نوع 2 به عنوان يكي از عوامل خطرساز بالقوه و از دلايل مرگ ومير ناشي از عدم تحرك و اضافه وزن در % 95 – % 90 جمعيت مبتلا به ديابت است كه به طور بالقوه با مقاومت به انسولين در مدلهاي حيواني و انساني همراه است(2). در يک نگاه كلي ديابت يک اختلال متابوليک شايع در دنيااست كه با افزايش قند خون، ترشح ناكافي و يا اختلال در عملكرد انسولين همراه است،كه توجه بسياري از محققين را به خود جلب نموده است. براساس برآورد سازمان بهداشتی جهانی شیوع دیابت در سراسر دنیا از 8/2 درصد در سال 2000 به 4/4 درصد در سال 2030 می رسد. دیابت شامل گروهی از بیماریهای متابولیک است که با افزایش قند خون، در نتیجه وجود نقص هایی در ترشح انسولین، عملکرد انسولین و یا هردو حاصل می شود. افزایش قند خون در دیابت با آسیب کارکرد نا مناسب و نارسایی طولانی مدت اندام های گوناگون به ویژه چشم ها،کلیه ها،اعصاب، قلب و عروق خونی همراه است(3).
در واقع اتوفاژي شامل تشکيل وزيکول دو غشايي است که سيتوپلاسم و ارگانلها را احاطه ميکند و سپس با ليزوزوم ادغام ميشود بنابراين محتواي ليزوزوم را تخريب ميکند. حدود 30 ژن ويژه اتوفاژي را تنظيم ميکنند که از بين اين ژنها LC3 نقش مهمي در اتوفاژي پستانداران ايفا ميکند و معمولاً به عنوان نشانگر تشکيل اتوفاگوزوم مورد استفاده قرار ميگيرد که تعداد اتوفاگوزومهاي مشاهده شده در بافت به نوبه خود ميتواند به عنوان مقياس فعاليت اتوفاگيگ در نظر گرفته شود(4) LC3.شامل یک فرم محلول LC3I وفرم لیپیدی LC3II است.زمانی که اتوفاژی رخ می دهد فرم سیتوپلاسمی LC3 که روی اتوفاگوزوم قرار می گیرد تبدیل می شود این تبدیل به نظر می رسد با فعالیت اتوفاژی مرتبط باشد(4).در واقع LC3 در مرحله طویل سازی تشکیل اتوگوزوم نقش دارد تغییرات در بیان LC3 در کاردیومایوپتی مرتبط است.افزایش LC3 در بافت قلب موش های پیش دیابت و دیابت نشانه کاردیومایوپتی است(5). گائو و همکاران در پژوهشی با بررسی 36 رت نر اسپرادوگاولی در دو گروه کنترل و دیابتی شده ناشی از رژیم غذایی با چربی بالا به مدت 6 هفته و تزریق درون صقاقی STZ اظهار داشتند که ابتلا به دیابت با افزایش شاخص های اتوفاژی مانند نسبتLCII به LC3 ؛beclin-1 بود(6).
اهمیت فعالیت بدنی و ورزش به عنوان بخشی مکمل برای یک زندگی سالم همواره مطرح است. شواهد علمی نشان دهنده ی اثرات مفید فعالیت بدنی بر سلامت جامعه در سرتاسر دنیا است. بررسی ها نشان میدهند فعالیت بدنی با تکرار، شدت و مدت زمان مناسب و بر اساس برنامه های منظم و علمی، مزایای قابل توجه ی بر سلامت افراد خواهد داشت(7). حفظ سطح مناسبی از عناصر آمادگی جسمانی مانند استقامت قلب و عروق، قدرت، استقامت عضلانی، ترکیب بدنی و انعطاف پذیری در کاهش خطر ابتلا به بیماری های قلبی، فشار خون، دیابت، پوکی استخوان و چاقی مؤثر است(3).در این میان زعفران (Saffron) و ترکیبات آن فعالیت های پزشکی-بیولوژیکی قابل توجهی را نشان داده اند گزارش شده است که ترکیبات مشتق شده از زعفران مانند کروستین (crocetin) اثرات ضد التهابی و آنتی اکسیدانی قوی با مهار اکسیداسیون لیپوپروتئین اثرات قابل توجهی بر بیماری عروق کرونر قلب،کاهش فشار خون و بیماری های تخریب کننده عصبی و سرطان دارد(8) تحقیقات نشان می دهد که زعفران و مواد تشکیل دهنده آن(کروستین و کروسین)اثرات دارویی بسیاری بر مدلهای حیوانی دیابتی مانند تحریک جذب گلوکز توسط بافت های محیطی،مهار جذب گلوکز روده دارند و تحریک و بازسازی جزایر لانگرهاس که باعث افزایش ترشح انسولین بیشتری می شود(9). تحقیقات محدودی در زمینه تاثیر مکمل کروستین و تمرین هوازی بر اتوفاژی بافت قلب موش های دیابتی سالمند شده است از این رو مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر هشت هفته تمرین تناوبی هوازی همراه با مصرف عصاره کروستین بر بیان ژنی LC3 بافت قلب موش های دیابتی سالمند انجام شد.
مواد و روش ها
نگهداری حیوانات آزمایشگاهی
تحقیق حاضر توع تجربی می باشد، تعداد 25سر موش نر c57bl6 با محدوده سنی14-16 هفته و محدوده وزنی 35-30 گرم از مرکز پرورش و تکثیر حیوانات آزمایشگاهی مرکز رویان اصفهان تهیه گردید و پس از انتقال به آزمایشگاه تخصصی به مدت یک هفته جهت سازگاری در این محیط نگهداری شدند. نکته قابل توجه اینکه در تمام دوره این تحقیق حیوانات در شرایط استاندارد شامل چرخه روشنایی تاریکی 12 ساعته، دمای محیط 20-22 درجه سانتی گراد، رصوبت نسبی 55 درصد و دسترسی آزاد به آب و غذا نگهداری می شدند.
روش القا دیابت
موش های c57bl6سالمند دیابتی در حالت 12 ساعت ناشتا تحت تزریق صفاقی تک دوز mg/kg 40 STZ حل شده در بافر سیترات قرار گرفتند و 4 روز پس از تزریق STZ گلوکز خون موش های صحرایی با استفاده از گلوکومتر اندازه گیری شد در این تحقیق موش های صحرایی با گلوکز خون بالای 250 میلی گرم بر دسی لیتر به عنوان موش های دیابتی شناخته خواهند شد (15).این نکته قابل ذکر است که تعداد 3 سر موش صحرایی پس از القای دیابت به دلیل واکنش فردی به STZ تلف شدند و در انتها تعداد 25سر موش صحرایی وارد گروه های تحقیق شدند.
طرح تحقیق و گروه بندی
25 سر موش c57bl6سالمند دیابتی با توجه به همپن سازی وارد تحقیق شدند و به طور تصادفی به 5 گروه سالم، دیابتی ،دیابتی+تمرین هوازی، دیابتی+کروستین، دیابتی+تمرین هوازی+کروستین تقسیم شدند.
پروتکل تمرین تناوبی هوازی
گروه های تمرین پس از یک هفته آشنا سازی با نوار گردان، با سرعت 7-10 متر بر دقیقه به مدت 10 دقیقه، برای اندازه گیری حداکثر سرعت دویدن برای طراحی تمرین یک آزمون وامانده ساز انجام دادند. برای این بدست آوردن حداکثر سرعت دویدن موش های صحرایی، ابتدا به مدت 5 دقیقه با سرعت 5 متر بر دقیقه گرم کردند و در ادامه به ازای هر سه دقیقه یک متر بر دقیقه به سرعت آنها افزوده شد تا به واماندگی برسند. واماندگی به حالتی اتلاق گردید که موش صحرایی دیگر قادر به دویدن بر نوار گردان نباشد و یا در یک دقیقه سه بار متوالی به انتهای نوارگردان برخورد نماید.؛ هفته اول سازگاری تمرینی با سرعت 7-10 متر بر دقیقه به مدت 10 دقیقه اجرا شد سپس در ادامه جهت انجام تمرین تناوبی هوازی شامل دویدن با تناوب سرعت متفاوت7،10،13،10،7 در هفته اول و سرعت در هفته هشتم10،13،16،25،19،16،13،10 روی تردمیل بود. سرعت در طول تناوبی هوازی به تدریج از 7 به 25 متر در دقیقه طی 8 هفته افزایش یافت. تمرینات تناوبی هوازی برای هشت هفته، پنج جلسه در هفته انجام شد و 5 دقیقه در ابتدای تمرین برای گرم کردن و 5 دقیقه در انتهای تمرین برای سرد کردن در نظر گرفته شد؛ شدت تمرین برای گرم کردن و سرد کردن معادل 50 درصد حداکثر سرعت دویدن در نظر گرفته شد(جدول شماره 1) (10).
جدول1- برنامه تمرینی HIIT
هفته | سرعت (M/min) | مدت زمان (Min) | تعداد روز |
سازگاری | 7-10 | 10 | 5 |
اول | 7،10،13،10،7 | 10،3،19،3،10 | 5 |
دوم | 7،10،13،15،12،10،7 | 5،3،3،3،23،3،3،5 | 5 |
سوم | 10،13،16،17،16،13،10 | 5،3،3،23،3،3،5 | 5 |
چهارم | 10،13،16،18،16،13،10 | 5،3،3،23،3،3،5 | 5 |
پنجم | 10،13،16،19،16،13،10 | 5،3،3،23،3،3،5 | 5 |
ششم | 10،13،16،20،16،13،10 | 5،3،3،23،3،3،5 | 5 |
هفتم | 10،13،16،21،18،15،12،10 | 5،3،3،20،3،3،3،5 | 5 |
هشتم | 10،13،16،25،19،16،13،10 | 5،3،3،20،3،3،3،5 | 5 |
مصرف کروستین
مکمل کروستین(شماره محصول: 6-881-255 ) از شرکت سیگما آلدریچ ( ( Sigma-Aldrich امریکا خریداری شد و روزانه 30 میلی گرم در هر کیلوگرم به ازای وزن هر موش به صورت گاواژ خورانده شد (17).
تشریح و نمونه برداری
برای انجام تشریح و نمونه برداری 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین و در حالت 12 ساعت ناشتایی، موش های صحرایی به وسیله محلول کتامین mg/ml 50 و زیلازین mg/ml 20، بی¬هوش شدند. جهت تشخیص بی هوشی متخصصین آزمایشگاه از روش های آزمون درد استفاده نمودند و پس از اطمینان از بی هوشی کامل، حفره سینه ای موش های صحرایی شکافته شد و پس از کنار زدن سایر بافت ها و قطع شریان های ورودی و خروجی به قلب، بافت قلب موش خای صحرایی به دقت استخراج شد و بلافاصله در تانک ازت غوطه ور گردید. در ادامه بافت قلب تا زمان اندازه گیری متغیر ها در دمای 80- نگهداری شد(11).
روش اندازه گیری مقادیر بیان ژنی LC3
جهت اندازه گیری سطوح بیان ژنی LC3 از روش QReal Time PCR استفاده شد.برای این منظور ابتدا مقدار 50 میلیگرم بافت از قلب جدا شد، استخراج RNA از بافتها در همه گروههای مورد بررسی، طبق پروتکل شرکت سازنده (کیاژن، آلمان) انجام شد. برای اطمینان از کیفیت RNA، با استفاده از ژل آگارز الکتروفورز و با استفاده از خاصیت جذب نوری در طول موج 260 نانومتر با دستگاه پیکو دراپ شرکت سیگما (ساخت امریکا) استفاده شد. علاوه بر این برای بررسی کیفیت RNA از فرمول (C (μg/μl) = A260× ε× d/1000) استفاده گردید. در ادامه پس از سنتز cDNA با استفاده از پروتکل شرکت سازنده در کیت فرمنتاز (K1621) و با استفاده از پرایمرهای طراحی شده (جدول 1) از بر اساس راهنمای ژنهای LC3 درسایت PUBMED واکنش رونویسی معکوس انجام شد. برای تعیین کارایی و اختصاصی بودن پرایمر ها از پیش پرایمر ها با استفاده از نرم افزار موجود در سایت NCBI ارزیابی گردید، همچنین جهت اندازهگیری سطوح بیان ژنی متغیرهای تحقیق با استفاده از ژن کنترل داخلی TBP باستفاده شد و پس از اطمینان از اتمام کار دستگاه qReal Time PCR و پس از رسیدن نمونه ها به آستانه بیان (Cycle Treshold) جهت کمی سازی نسبت ژن مورد نظر به ژن مرجع از فرمول 2-ΔΔCT استفاده شد(جدول شماره2).
جدول2- توالی پرایمر متغیرهای تحقیق | ||
نام ژن | توالی پرایمر | دما (درجه سانتی گراد) |
B2m | F: ACAGTTCCACCCGCCTCACATT | 60 |
R: TAGAAAGACCAGTCCTTGCTGAAG | ||
Lc3 | F: 5ʹ- CTGCTGTAACGATGAAGCCCTG-3 | 119 |
R: 5ʹ- GCTGTAGGAAGCTCATCTCTCC-3ʹ | ||
روش تجزیه و تحلیل داده ها
جهت تجزیه و تحلیل داده ها در این تحقیق ابتدا برای بررسی طبیعی بودن توزیع یافته ها از آزمون شاپیرو-ویلک استفاده شد. در ادامه با توجه به طبیعی بودن توزیع یافته ها جهت بررسی تفاوت بین گروه ها از آزمون آنالیز واریانس یک راهه استفاده شد و برای تعیین محل تفاوت بین گروه ها از آزمون تعقیبی توکی استفاده شد.کلیه عملیات آماری با نرم افزار SPSS با نسخه 26 به اجرا شد.
یافتهها
نتایج آزمون آنالیز واریانس یک راهه نشان داد تفاوت معنی داری در بیان ژن LC3 (01/0=P) در بافت قلب موش های صحرایی مبتلا به دیابت در گروه های تحقیق وجود داشت.
جدول3- میانگین وانحراف معیار LC3 در گروههای مورد بررسی
گروه | میانگین و انحراف معیار بیان ژن Lc3 | p-value |
8.1±0.01 | *01/0>p | |
دیابتی+تمرین هوازی | 6.3±0.07 | *01/0>p |
دیابتی+ مکمل گیاهی | 5.45±0.09 | *01/0>p |
دیابتی+ تمرین هوازی+ مکمل گیاهی | 3.6±0.01 | *01/0>p |
*نشانه معنی داری گروهها با گروه کنترل در سطح 05/0> p
شکل 1-تعییرات بیان ژنی LC3 در بافت قلب موش های سالمند دیابتی
نتایج آزمون تعقیبی توکی نشان داد که مقادیر LC3 در گروه های دیابتی (01/0=P) افزایش معنی داری نسبت به گروه سالم داشت. اما در گروههای دیابتی+تمرین هوازی(01/0=P) و دیابتی+مکمل گیاهی(01/0=P) و دیابت+تمرین هوازی +مکمل گیاهی (01/0=P) نسبت به گروه دیابتی کاهش معنی دار داشت.(شکل1).
بحث
نتایج این مطالعه نشان داد،که مصرف کروستین و تمرین هوازی باعث کاهش معنی دار LC3 در گروه دیابت شد و این کاهش در گروه مصرف همزمان تمرین هوازی و مکمل کروستین بیشتر بود.دیابت طیف وسیعی از عوارض دارد که مهمترین آنها بیماری های قلبی عروقی وکاردیومیوپتی دیابت ( Diabetic cardiomyopathy) است.
به عبارتی افزایش بیان LC3 نشان دهنده افزایش اتوفاژی است. افزایش بیان این ژن ها می تواند نشان دهنده افزایش فرآیند اتوفاژی در بافت قلب بیماران مبتلا به دیابت نوع دوم باشد. ژانگ و همکارانش کاهش سطح پروتئین LC3-II، ATG-5 و ATG-7 را در گروه دیابتی در مقایسه با گروه کنترل گزارش کردند(12) همانطور که قبلا ذکر شد، عدم وجود یا نقص در فرآیند اتوفاژی چالش برانگیز خواهد بود. پیشنهاد شده است که القای اتوفاژی مناسب ممکن است مرگ سلولی کاردیومیوسیت و کاردیومیوپاتی را کاهش دهد(13) چندین مطالعه به نقش اتوفاژی در پاتوژنز نارسایی قلبی در بیماران دیابتی با استفاده از دستکاری ژن، مداخلات دارویی و تغییر در سبک زندگی (رژیم غذایی و ورزش) پرداخته اند(14, 15). در مطالعه حاضر، نقش تمرین هوازی و کروستین، به عنوان تنظیمکنندههای قابل قبول اتوفاژی، در سطوح رونویسی ژنهای کلیدی در اتوفاژی مورد بررسی قرار گرفت. یافتههای ما نشان داد که HIIT اثرات محافظتی بر بافت قلب در موشهای دیابتی دارد و بیان ژنهای مرتبط با اتوفاژی را در مقایسه با گروه کاردیومایوپتی بهبود میبخشد. علاوه بر این، ورزش می تواند یک عامل محافظتی مفید باشد که سعی در حفظ هموستاز سلولی طبیعی دارد(16). کروستین، متغیر مستقل دیگری که در مطالعه حاضر مورد بررسی قرار گرفت، به طور قابل توجهی سطوح رونوشت ژنهای LC3 را در مقایسه با گروه دیابت بهبود بخشید. گائو و همکاران در پژوهشي با بررسي 36 موش نر اسپرادوگاولي در دو گروه کنترل و ديابتي شده ناشي از رژيم غذايي با چربي بالا به مدت 6 هفته و تزريق درون صفاقي STZ (3 ميلي ليتر در کيلوگرم وزن بدن) اظهار داشتند که ابتلا به ديابت با افزايش در شاخصهاي اتوفاژي مانند نسبتLC -II به LC3I، بکلين- 1،کاهش در پروتئين P62 و افزايش در فيبروز (تنظيم مثبت کلاژن نوع I و III) همراه بوده است (6).
در تحقيقي ديگر کاناموری و همکاران چنين اظهار نمودند که ديابت ناشي از تزريق STZ باعث کاهش عملکرد دياستولي ميگردد هرچند فعاليت مسير اتوفاژيک قلب موشها از طريق افزايش نسبتLC3 -II به LC3I نسبت به SQSTM1به P62 و کاتپسين D، همچنين افزايش در واکوئلهاي اتوفاژيک و ليزوزومها قابل اندازهگيري بود(17). در حمايت از اين مفهوم نشان داده شده است که ابتلا به بيماري ديابت از طريق مهار مسير پيام رساني PI3K-AKtباعث افزايش در ميزان اتوفاژي ميگردد اين در حالي است که محققان اشاره کردهاند مسير PI3K-AKt خود ميتواند به عنوان هدف درماني براي ديابت باشد(18).در تناقص با يافتههاي مطالعه پيش رو مولز و همکاران چنين گزارش کردند که ژنهاي مرتبط با اتوفاژي (P62/SQSTMI و Atg14) و بيان پروتئينهايLC -II وAtg5 در عضلات اسکلتي در بيماران مبتلا به ديابت نوع دوم کاهش قابل توجهي داشت (19). فريزن و همکاران متعاقب بررسي پاسخ اتوفاژي به انجام فعاليت حاد باز کردن زانو بر روي پاي تمرين کرده به مدت 60 دقيقه با 80% بار کاري اوج به کاهش در ميزان ليپيداسيون LC3 به ميزان 50% و کاهش در نسبتLC3 -II به LC3I با کاهش در مقادير اتوفاگزومها در عضله پهن جانبي مردان سالم اشاره داشتند(20).بیان بیش از حد MAP1B-LC1 از تشکیل ساختارهای LC3 مثبت جلوگیری کرد. همچنین تعامل بین MAP1B-LC1 و Stx17 توسط فسفوریلاسیون-دفسفوریلاسیون تنظیم می شود .دیابت باعث جدا شدن LC1 از Stx17 می شود و منجر به افزایش سریع اتوفاژی می شود(21). اراسکی و همکارانش در پژوهشی به بررسی تاثیر تمرین تناوبی شدید با و بدون تجویز کافئین بر بیان پروتئین های مرتبط با اتوفاژی در موش های دیابتی پرداختند نتایج این تحقیق حاکی ازآن بود که تمرین تناوبی می تواند به عنوان یک راهکار پیشگیرانه باعث تعدیل اتوفاژی میوکاردی ناشی از دیابت شود(21).چنین بیان نمودند که ابتلا به دیابت نوع دو باعث افزایش فعالیت اتوفاژی در قلب انسان از طریق افزایش در بیان نشانگر LC3 و بهبود در مسیر وابسته به مجموعه بکلین 1 و کاهش در بیان پروتئین P62 رخ می دهد.(4, 22)..محققان در حمایت از این مفهوم نشان داده شده است که ابتلاء به بیماري دیابت احتمالاً از طریق به عنوان مسیر بقاء سلولی موجب افزایش در میزان PI3k-Akt افزایش آبشار پیام رسانی فعالیت اتوفاژي می گردد. مشخص شده است که اتوفاژي به عنوان یک شمشیر دولبه براي گسترش بقاء یافعال کردن مرگ سلولی عمل می کند(23)چنانچه نقص در فرآیند اتوفاژي همچون تحقیق حاضر منجربه برهمخوردن تعادل هومئوستاز بافت ناشی از دیابت می شود. در مقابل، گزارش شده است که مهار اتوفاژي در قلب موش هاي دیابتی نوع 1 و 2 خود ممکن است به درمان کاردیومیوپاتی دیابتی کمک نماید(24).
نتایج تحقیق حاضر نشان داد که تمرین و مصرف مکمل کروستین باعث کاهش LC3 میوکاردی ناشی از دیابت شد .جعفری و همکارانش در پژوهشی به بررسی تاثیر تمرین تناوبی شدید با و بدون تجویز کافئین بر بیان پروتئین های مرتبط با اتوفاژی در موش های دیابتی پرداختند نتایج این تحقیق حاکی ازآن بود که تمرین تناوبی می تواند به عنوان یک راهکار پیشگیرانه باعث تعدیل اتوفاژی میوکاردی ناشی از دیابت شود(25). تحقيقات اخير نشان دادند که فعاليت بدني منظم نه تنها به ظرفيت آنتياکسيداني بدن کمک نموده بلکه سبب کاهش سطح استرس اکسيداتيو ميگردد و احتمالاً با کاهش ميزان آپوپتوز کمک زيادي به کاهش شدت اين بيماري ميکند. از طرفي ديگر فعاليت ورزشي نه تنها بايوژنز ميتوکندريها بلکه حذف ميتوکندريهاي ناقص و قديمي را از طريق پويايي ميتوکندري و اتوفاژي تحريک ميکند(26).کروستین با داشتن خواص آنتياکسيداني و ضد التهابي بالاي خود شرايط استرس اکسيداتيو و التهاب کاهش داده و با مهار آپوپتوز سبب بهبود اين بيماري ميگردد. به نظر ميرسد که مصرف توام کروستین و تمرينات ورزشي منظم و تداومي از طريق کاهش پراکسيداسيون چربي و فعال سازي دفاع آنتياکسيداني از قلب در برابر استرس اکسيداتيو محافظت ميکند(27).
محدودیت ها
با توجه به نقش ایزوفرم های LC3 در آتوفاژی قلب و تاثیر پذیری آنها در ورزش، عدم اندازه گیری ایزوفرم های مختلف، استفاده از روش های اندازه گیری متفاوت مانند وسترن بلات و الایزا در مطالعات آتی اشاره کرد .
نتیجه گیری
نتایج تحقیق حاضر نشان داد که تجویز مکمل کروستین و تمرین تناوبی هوازی به مدت 8 هفته باعث کاهش LC3 شد که تاییدی بر بهبود اتوفاژی قلب موش های دیابتی سالمند می باشد علاوه بر این تجویز همزمان تناوبی هوازی و کروستین بیشترین تاثیر در کاهش LC3 قلب داشت .در مجموع مکمل کروستین با خواص آنتی اکسیدانی همراه با تمرین تناوبی هوازی باعث بهبود آتوفاژی قلب در موش های دیابتی شد .
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش مطالعه حاضر در شورای پژوهشی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان(حوراسگان ) مصوب شده است
حامی مالی
مطالعه حاضر حامی مالی نداشت مشارکت نویسندگان طراحی و ایده پردازی :خسرو جلالی ،فرزانه تقیان،حسن شریفی روش شناسی وتحلیل داده ها حسن شریفی و خسرو جلالی ؛نظارت و نگارش نهایی:خسرو جاللی،فرزانه تقیان و حسن شریفی
تعارض منافع
بنا بر اظهار نویسندگان مقاله حاضرفاقد هرگونه تعارض منافع بوده است
References
1. Khemka S, Reddy A, Garcia RI, Jacobs M, Reddy RP, Roghani AK, et al. Role of diet and exercise in aging, Alzheimer’s disease, and other chronic diseases. Ageing Research Reviews. 2023:102091.
2. Kirby NV, Meade RD, Poirier MP, Notley SR, Sigal RJ, Boulay P, et al. Exercise intensity-and body region-specific differences in sweating in middle-aged-to-older men with and without type 2 diabetes. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 2024.
3. Saberi S, Askaripour M, Khaksari M, Rajizadeh MA, Bejeshk MA, Akhbari M, et al. Exercise training improves diabetic renal injury by reducing fetuin-A, oxidative stress and inflammation in type 2 diabetic rats. Heliyon. 2024;10(6).
4. Wang L, Wang J, Cretoiu D, Li G, Xiao J. Exercise-mediated regulation of autophagy in the cardiovascular system. Journal of Sport and Health Science. 2020;9(3):203-10.
5. Xiao C, Chen M-Y, Han Y-P, Liu L-J, Yan J-L, Qian L-B. The protection of luteolin against diabetic cardiomyopathy in rats is related to reversing JNK-suppressed autophagy. Food & Function. 2023;14(6):2740-9.
6. Gao H, Yang Q, Dong R, Hou F, Wu Y. Sequential changes in autophagy in diabetic cardiac fibrosis. Molecular medicine reports. 2016;13(1):327-32.
7. Li R-Y, Guo L. Exercise in diabetic nephropathy: protective effects and molecular mechanism. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(7):3605.
8. Su X, Yuan C, Wang L, Chen R, Li X, Zhang Y, et al. The beneficial effects of saffron extract on potential oxidative stress in cardiovascular diseases. Oxidative medicine and cellular longevity. 2021;2021(1):6699821.
9. Liu J, Yang Y, Qi Y. Effect of saffron supplementation on the glycemic outcomes in diabetes: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in Nutrition. 2024;11:1349006.
10. Haghparast Azad M, Niktab I, Dastjerdi S, Abedpoor N, Rahimi G, Safaeinejad Z, et al. The combination of endurance exercise and SGTC (Salvia–Ginseng–Trigonella–Cinnamon) ameliorate mitochondrial markers’ overexpression with sufficient ATP production in the skeletal muscle of mice fed AGEs-rich high-fat diet. Nutrition & metabolism. 2022;19(1):17.
11. Zhang J, Wang Y, Dong X, Liu J. Crocetin attenuates inflammation and amyloid-β accumulation in APPsw transgenic mice. Immunity & Ageing. 2018;15:1-8.
12. Forte M, Frati G, Sciarretta S. Regulation of calcium handling by autophagy: a novel mechanism limiting cardiac hypertrophy and dysfunction? : Oxford University Press; 2022. p. 1377-9.
13. Zhang L, Ding W-y, Wang Z-h, Tang M-x, Wang F, Li Y, et al. Early administration of trimetazidine attenuates diabetic cardiomyopathy in rats by alleviating fibrosis, reducing apoptosis and enhancing autophagy. Journal of translational medicine. 2016;14:1-12.
14. Miyamoto S. Autophagy and cardiac aging. Cell Death & Differentiation. 2019;26(4):653-64.
15. Shi S, Jiang P. Therapeutic potentials of modulating autophagy in pathological cardiac hypertrophy. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2022;156:113967.
16. Bonilla IM, Baine S, Pokrass A, Mariángelo JIE, Kalyanasundaram A, Bogdanov V, et al. STIM1 ablation impairs exercise-induced physiological cardiac hypertrophy and dysregulates autophagy in mouse hearts. Journal of Applied Physiology. 2023;134(5):1287-99.
17. Kanamori H, Yoshida A, Naruse G, Endo S, Minatoguchi S, Watanabe T, et al. Impact of autophagy on prognosis of patients with dilated cardiomyopathy. Journal of the American College of Cardiology. 2022;79(8):789-801.
18. Wan M, Yin K, Yuan J, Ma S, Xu Q, Li D, et al. YQFM alleviated cardiac hypertrophy by apoptosis inhibition and autophagy regulation via PI3K/AKT/mTOR pathway. Journal of Ethnopharmacology. 2022;285:114835.
19. Møller AB, Kampmann U, Hedegaard J, Thorsen K, Nordentoft I, Vendelbo MH, et al. Altered gene expression and repressed markers of autophagy in skeletal muscle of insulin resistant patients with type 2 diabetes. Scientific reports. 2017;7(1):43775.
20. Fritzen AM, Madsen AB, Kleinert M, Treebak JT, Lundsgaard AM, Jensen TE, et al. Regulation of autophagy in human skeletal muscle: effects of exercise, exercise training and insulin stimulation. The Journal of physiology. 2016;594(3):745-61.
21. Arasaki K, Nagashima H, Kurosawa Y, Kimura H, Nishida N, Dohmae N, et al. MAP1B‐LC1 prevents autophagosome formation by linking syntaxin 17 to microtubules. EMBO reports. 2018;19(8):e45584.
22. Roberts FL, Markby GR. New insights into molecular mechanisms mediating adaptation to exercise; A review focusing on mitochondrial biogenesis, mitochondrial function, mitophagy and autophagy. Cells. 2021;10(10):2639.
23. Ko J, Jang YC, Quindry J, Guttmann R, Cosio-Lima L, Powers SK, et al. Exercise-Induced Antisenescence and Autophagy Restoration Mitigate Metabolic Disorder–Induced Cardiac Disruption in Mice. Med Sci Sports Exerc. 2023;55:376-88.
24. McCormick JJ, McManus MK, King KE, Goulet N, Kenny GP. The intensity-dependent effects of exercise and superimposing environmental heat stress on autophagy in peripheral blood mononuclear cells from older men. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 2024;326(1):R29-R42.
25. Jafari A, ZARGHAMI KA, Nikookheslat S, KARIMI P. The Effect Of High-Intensity Interval Training (Hiit) With And Without Caffeine Injection On Expression Of Myocardial Autophagy-Related Proteins In Diabetic Rats. 2020.
26. Gharib M, Samani K, ZarrinÅbadi Z, Mokhtari M, Heydarian E. Effect of resveratrol supplementation on antioxidant parameters, lipids profile and several biochemical indices in type 2 diabetic patients: a double-blind randomized-controlled clinical trial. 2018.
27. Cerdá-Bernad D, Valero-Cases E, Pastor J-J, Frutos MJ. Saffron bioactives crocin, crocetin and safranal: Effect on oxidative stress and mechanisms of action. Critical reviews in food science and nutrition. 2022;62(12):3232-49.